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1壓蒸養(yǎng)護(hù)高強(qiáng)砼的存在問題
高砼管樁采用蒸壓釜的壓蒸養(yǎng)護(hù)工序,每m3砼需用標(biāo)準(zhǔn)煤40kg,釋約100kgCO2,以年產(chǎn)300萬m的一個(gè)中型管樁廠為例,其中蒸壓釜的壓蒸養(yǎng)護(hù)就需要耗煤1.6萬t,釋放的CO2高達(dá)4萬多t,這是一個(gè)巨大的污染源。壓蒸養(yǎng)護(hù)對(duì)砼性能的不利影響壓蒸養(yǎng)護(hù)砼的孔隙率比普通養(yǎng)護(hù)砼的孔隙率大,而且大孔含量也多??紫堵试龃蟮脑虺隧胖杏坞x水和吸入空氣的體積受熱增大外,還有一個(gè)重要的原因就是,水泥中C3A和C4AF水化生成的水化硫鋁酸鈣(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)晶體在高溫下發(fā)生分解反應(yīng)而體積縮小,不僅增加了孔隙率,也失去了膠凝。壓蒸養(yǎng)護(hù)生成的新生物分散度低,比表面積小,結(jié)晶水化物變粗,致使連生體中的連生接點(diǎn)數(shù)量減少,其膠結(jié)性能下降。蒸壓釜排氣及其內(nèi)部壓力降至大氣壓時(shí),壓力降幅要求較高,如果操作不當(dāng),往往會(huì)使砼內(nèi)部“沸騰”起來。由于激熱的氣化產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力,易發(fā)生一些微裂縫甚至肉眼可見裂縫而導(dǎo)致砼強(qiáng)度下降。由于上述原因,普通砼(摻磨細(xì)硅砂粉除外)經(jīng)壓蒸養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度比常規(guī)條件養(yǎng)護(hù)(標(biāo)養(yǎng))的強(qiáng)度要低。因此,最大限度地提高水泥的水化程度和合理的養(yǎng)護(hù)制度是確保砼管樁等高強(qiáng)砼構(gòu)件質(zhì)量的關(guān)鍵之一。蒸壓釜是一種用于完成砼的物理、化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)容器。蒸壓釜的制造、安裝和使用等都有一套嚴(yán)格的要求。如果使用不當(dāng)或稍有疏忽,易發(fā)生事故。
2高強(qiáng)免壓蒸砼復(fù)合礦物外加劑的研制
2.1復(fù)合礦物外加劑的研制
粉煤灰(FA):用Ⅰ級(jí)干排灰和Ⅱ級(jí)干排灰作對(duì)比試驗(yàn),Ⅱ級(jí)粉煤灰的強(qiáng)度明顯低于Ⅰ級(jí)粉煤灰,即使增加硅粉用量,強(qiáng)度仍偏低,因此復(fù)合礦物外加劑宜用Ⅰ級(jí)粉煤灰。礦粉(GGBS):根據(jù)《用于水泥和混凝土中的?;郀t礦渣粉》的標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn),目前市場(chǎng)上都以生產(chǎn)S95級(jí)為主。硅粉(SF):有微硅粉和硅微粉兩類,統(tǒng)稱為硅粉,事實(shí)上二者是有差別的。微硅粉是鐵合金在冶煉硅鐵和金屬硅時(shí)回收的副產(chǎn)品,價(jià)高且數(shù)量少。硅微粉是由天然石英或熔融石英(經(jīng)高溫熔融、冷卻后的非晶態(tài)SiO2)經(jīng)粉磨而成的微粉,呈灰色或深灰色,目前市場(chǎng)上多以硅微粉為主,SiO2含量較高,價(jià)格低,經(jīng)過選用市場(chǎng)上幾種硅粉(硅微粉)與微硅粉作對(duì)比試驗(yàn)驗(yàn)證后,最終選取T-2硅微粉。激發(fā)劑:是一種天然礦物,材料來源廣。上述4種原料中,主要以礦粉和粉煤灰為主,而硅粉和激發(fā)劑的用量較少。經(jīng)過反復(fù)優(yōu)化組合,確定了復(fù)合礦物外加劑的配合比例,經(jīng)過精確計(jì)量并經(jīng)機(jī)械混合均勻,生產(chǎn)了一種復(fù)合礦物外加劑(粉劑)。高效減水劑:高強(qiáng)砼既離不開礦物外加劑,也離不開高效減水劑,經(jīng)過選用多種減水劑作對(duì)比試驗(yàn),聚羧酸高效減水劑較好,但是一般的聚羧酸減水劑不大適應(yīng)砼的蒸養(yǎng)要求,只能在砼終凝后再蒸養(yǎng)。雖然也有能滿足蒸養(yǎng)條件的聚羧酸類減水劑,但其效果不甚理想,經(jīng)過改進(jìn),研發(fā)了一種較為適合與復(fù)合礦物外加劑搭配使用的專用聚羧酸類減水劑。
2.2試驗(yàn)方法
每次拌料10~15L,砼坍落度一般控制在3~5cm,用10cm×10cm×10cm塑料試模成型。試件的養(yǎng)護(hù)制度砼試件成型后先于室內(nèi)常溫放置,靜停4~6h帶模仿照蒸氣養(yǎng)護(hù)條件(試件放入鐵皮盒內(nèi),盒底部放少量水,試件上部蓋上濕布,再用塑料布將養(yǎng)護(hù)盒復(fù)蓋后放入養(yǎng)護(hù)箱加熱養(yǎng)護(hù))。養(yǎng)護(hù)制度:室溫45℃,升溫及恒溫共30min;45℃65℃,升溫及恒溫30min;65℃85℃,升溫及恒溫30min,恒溫85±2℃,6h,降溫1h。2.2.3砼試件強(qiáng)度測(cè)定試件從養(yǎng)護(hù)箱中取出后,放置自然冷卻至常溫,然后測(cè)定其抗壓強(qiáng)度。
3應(yīng)用性試驗(yàn)
在試生產(chǎn)之前,先試配砼,水泥為小野田P·Ⅱ52.5,砂、石料取自東浦管樁廠的生產(chǎn)用料。試件放入管樁廠的蒸氣養(yǎng)護(hù)池內(nèi)隨同管樁一起蒸氣養(yǎng)護(hù),升溫(升至85℃)1.5h,恒溫(85℃)4h左右,根據(jù)摸擬試驗(yàn)結(jié)果,蒸養(yǎng)6h強(qiáng)度較好,但在生產(chǎn)線上會(huì)影響到正常生產(chǎn),因此采用了二次蒸養(yǎng)的養(yǎng)護(hù)方可以看出,復(fù)合礦物外加劑與南京友西公司研發(fā)的專用聚羧酸高效減水劑匹配,得到較好的效果,砼試件的強(qiáng)度超過了C80的規(guī)定要求。選用G#配合此在生產(chǎn)線上試生產(chǎn)管樁。用攪拌棒配料,先后制作了Φ400×95×10m管樁2支,其布料工藝性能良好,達(dá)到了預(yù)期目的。
4結(jié)果及討論
4.1小結(jié)
經(jīng)過反復(fù)的優(yōu)化試驗(yàn)研究,用Ⅰ級(jí)粉煤灰、S95礦粉、硅微粉和激發(fā)劑等組成配制成復(fù)合礦物外加劑,與南京友西公司研制的專用聚羧酸類減水劑配合,用于制造高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力砼管樁,只要經(jīng)蒸氣養(yǎng)護(hù)(85℃)6h,砼強(qiáng)度可達(dá)到C80以上,這樣可免去目前管樁生產(chǎn)中的壓蒸工序,不僅降低了能耗,縮短了生產(chǎn)周期,還提高了產(chǎn)品質(zhì)量。復(fù)合礦物外加劑的成本不高且低于P·Ⅱ52.5水泥,可免去壓蒸工序,其綜合成本低,具有明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
4.2免壓蒸工藝的優(yōu)越性
采用復(fù)合礦物外加劑,適合高強(qiáng)砼構(gòu)件的免壓蒸技術(shù),不僅節(jié)約了能源,降低了CO2的排放量,改善了砼的結(jié)構(gòu)與性能,還有效消除了蒸壓釜所存在的安全隱患。降低了建廠投資及其日常維護(hù)費(fèi)用蒸壓養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)裝置由蒸壓釜、鍋爐、擺渡車、軌道車、小車驅(qū)動(dòng)裝置、消音器及管路測(cè)試儀表控制裝置等組成,占設(shè)備投資的比例較高,日常維護(hù)的費(fèi)用也不低。磨細(xì)硅砂粉因嚴(yán)重的污染問題,已很難繼續(xù)使用,因此蒸壓釜的作用將越來越小??s短了生產(chǎn)周期砼管樁等高強(qiáng)砼構(gòu)件,過去采用的蒸壓釜壓蒸工序,包括裝車進(jìn)釜、升溫、恒溫、降溫和出釜卸車等工序,整個(gè)操作過程一般需要11h或以上。采用免壓蒸之后,整個(gè)生產(chǎn)周期可以大大縮短。改善了生產(chǎn)環(huán)境砼管樁的成型采用了離心工藝,約有100kg/m3廢漿流出,廢液中固相物約為60%,主要組成為水泥、礦物摻合料、減水劑等,這種廢液是砼管樁廠的一大污染源。對(duì)這種廢液的處理,目前常用的方法為:用廢液配制砼、廢液外運(yùn)作為制磚原料,待廢液硬化后以固體廢料清理。廢液中雖然含有較多的水泥組分,但是這種離心出來的水泥已經(jīng)發(fā)生了水化反應(yīng),廢液的停放時(shí)間越長(zhǎng),其活性越低,因此廢液中的水泥已不能當(dāng)作膠結(jié)料使用。這也是用廢液配制砼強(qiáng)度不穩(wěn)定的原因所在。采用復(fù)合礦物外加劑和與之相匹配的高效減水劑之后,砼的水膠比較低,離心分離出來的廢液大幅度減少,大大改善了生產(chǎn)環(huán)境。復(fù)合礦物外加劑除可用于免壓蒸高強(qiáng)砼的生產(chǎn)外,還可用于需要蒸氣養(yǎng)護(hù)的砼構(gòu)件的生產(chǎn),如地鐵管片、裝配式房屋構(gòu)件等,因此具有較廣闊的應(yīng)用前景。
作者:盛思仲 金衛(wèi)華 陳坤明 胡金雙 王曉芳 單位:南京友西科技有限責(zé)任公司